Спирты. Классификация спиртов презентация

Спирты (от лат. spiritus) – органические соединения, содержащие одну или более гидроксильных групп (−OH), непосредственно связанных с насыщенным (находящимся в состоянии sp³-гибридизации) атомом углерода
Спирты можно рассматривать как производные воды (H−O−H), в которых один атом водорода замещен на органическую функциональную группу: R−O−H

Классификация спиртов
1. По числу гидроксильных групп:
одноатомные спирты (метанол);
двухатомные спирты (этиленгликоль);
трёхатомные спирты (глицерин);
четырёхатомные спирты (пентаэритрит);
многоатомные спирты (ксилит).
2. В зависимости от насыщенности углеводородного заместителя:
предельные (насыщенные) спирты;
непредельные (ненасыщенные) спирты (аллиловый спирт);
ароматические спирты (бензиловый спирт).
Бензиловый спирт

3. В зависимости от наличия или отсутствия цикла в углеводородном заместителе:
ациклические (алифатические) спирты (этанол);
алициклические спирты (циклогексанол)
4. В зависимости от числа заместителей при α-углеродном атоме:
первичные спирты (этанол);
вторичные спирты (пропанол-2);
третичные спирты (2-метилпропанол-2)

История открытия спиртов
Не менее чем за 8000 лет до нашей эры люди были знакомы с действием перебродивших фруктов, а позже – с помощью брожения получали хмельные напитки, содержащие этанол, из фруктов и мёда
Впервые спирт из вина получили в VI—VII веках арабские химики; способ получения спирта содержится в записях персидского алхимика Ар-Рази.
В Европе этиловый спирт был получен из продуктов брожения в XI—XII веке, в Италии
В Россию спирт впервые попал в 1386 году, когда генуэзское посольство привезло его с собой под названием «аква вита»
В 1661 году английский химик Роберт Бойль впервые получил метанол перегонкой древесины. Абсолютированный этанол из его водного раствора был впервые получен в 1796 году русским химиком Т. Е. Ловицем при перегонке над поташом.
Впервые синтез этанола действием серной кислоты на этилен осуществил в 1854 году французский химик Марселен Бертло

Метиловый спирт в небольшом количестве содержится в некоторых растениях, например: борщевике
Этиловый спирт является естественным продуктом анаэробного брожения органических продуктов, содержащих углеводы, под действием дрожжей рода Saccharomyces и часто образуется в прокисших ягодах и фруктах.
В эфирных маслах зелёных частей многих растений содержится гексен-3-ол-1 «спирт листьев», придающий им характерный запах.
В растительном мире очень широко представлены терпеновые спирты, многие из которых являются душистыми веществами, например: борнеол, ментол, гераниол и цитронеллол (компоненты цветочных эфирных масел), фенхол и др.
В животном и растительном мире распространены конденсированные спирты, обладающие высокой биологической активностью и входящие в класс стероидов, например, холестерин
ментол
холестерин

Физические свойства
Спирты имеют существенно более высокие температуры плавления и кипения, чем можно было бы предполагать на основании физических свойств родственных соединений.
Так, из ряда монозамещённых производных метана, метанол имеет необычно высокую температуру кипения, несмотря на относительно небольшую молекулярную массу

Водородные связи в спиртах
Высокие температуры кипения спиртов объясняются наличием нековалентных межмолекулярных водородных связей. Связи С-О и О-Н в спиртах сильно поляризованы. Молекула спирта существует в виде ассоциатов. Наибольшую склонность к образованию водородной связи проявляют первичные спирты. Разветвленность цепочки препятствует образованию ассоциатов
CH3 O H
δ+
δ-
δ+

Способы получения спиртов
1. Из галогеналканов
2. Из алкенов. В присутствии фосфорной кислоты
3. Через магнийорганические соединения
[ ]
эфир

4. Из альдегидов и кетонов. В реакциях с формальдегидом образуются первичные спирты, с другими альдегидами - вторичные, с кетонами – третичные спирты
δ-
δ+
δ+

5. Каталитическое восстановление альдегидов и кетонов. Из альдегидов – первичные спирты, из кетонов – вторичные
6. Восстановление сильными восстановителями карбоновых кислот

7. Гидролиз простых и сложных эфиров
8. Восстановление сложных эфиров
9. Из аминов при действии азотистой кислоты

10. Из природных объектов – ферментативное брожение полисахаридов
Крахмал
Клетчатка
Полисахариды с меньшей молекулярной массой
+Н2О
ферменты
Олигосахариды
Дисахариды
С6Н12О6
+Н2О
+Н2О
+Н2О
ферменты
ферменты
ферменты
СО2 + Н2О + С2Н5ОН
глюкоза

Кислотно-основные свойства органических соединений
Кислотность и основность – важнейшие понятия, определяющие многие фундаментальные физико-химические свойства и биологическую активность органических соединений.
Кислоты – вещества, способные отдавать протон (доноры протона), имеют недостаток электронной плотности
Осно­вания – вещества, способные принимать протон (акцепторы протона), имеют избыток электронной плотности
Кислота и основание образуют сопряженную кислотно-основную пару
Кислотные и основные свойства изменяются в гомологическом ряду
Для органического соединения часто нельзя сказать, что это только кислота или только основание

Особенности строения спиртов
Наличие гидроксильной группы придает спиртам свойства как кислот, так и оснований.
В следствии большей электро-отрицательности атома кислорода связи О-Н и С-О поляризованы.
Кислотность спиртов обусловлена полярностью связи О-Н
Атом Н становится подвижен и способен отщепляться в виде Н+, т.е. спирты способны выступать в роли ОН-кислот
Полярность связи С-О обусловливает возможность замещения гидроксила
Атом О имеет не поделённую пару электронов и это обуславливает основные свойства спиртов и нуклеофильные свойства
-δ
+δ
+δ
центр основности
центр кислотности

Химические свойства спиртов
1. Кислотные свойства спиртов
Взаимодействие с металлами. С ростом углеродной цепочки кислотные свойства уменьшаются. Низшие спирты реагируют активно, высшие – не реагируют.
Взаимодействие с карбоновыми кислотами (реакция этерификации)

2. Реакции окисления
Первичные спирты окисляются до альдегидов
Вторичные спирты окисляются до кетонов
Третичные спирты окисляются с трудом и образуется два продукта

3. Основные свойства спиртов
Реакция замещения с галогеналканами (SN)
Образование простых эфиров
Взаимодействие с хлоридом фосфора

4. Карбанилирование
5. Реакция дегидратации

Многоатомные спирты
Получение гидролизом галогенпроизводных
Получение из алкенов
этиленгликоль

Получение трехатомных спиртов
глицерин

Свойства многоатомных спиртов
Образование ассоциатов за счет водородных связей проявляется у них в большей степени, что связано с большим количеством ОH групп. Это является причиной более высоких температур кипения.
Этиленгликоль и глицерин представляют собой вязкие жидкости.
По химическим свойствам многоатомные спирты похожи на одноатомные, но т.к. ОН-групп больше, то кислотные свойства 2-х и 3-х атомных спиртов выше

Химические свойства многоатомных спиртов
Взаимодействие с металлами
Неполный глицерат натрия
Полный глицерат натрия

2) Взаимодействие с минеральными кислотами
3) Взаимодействие с органическими кислотами. Образуются жиры
тристеарин
нитроглицерин
Широко известен благодаря своим взрывчатым и лекарственным свойствам. Впервые синтезирован итальянским химиком Асканио Собреро в 1847 году

4) Взаимодействие с гидроксидом меди (II). Качественная реакция на многоатомные спирты
5) Реакция Фаворского. Образование циклических эфиров

Применение спиртов
В органическом синтезе. Основная доля метилового спирта используется в промышленном синтезе формальдегида
В качестве топлива. Используются в промышленных объёмах три спирта: метанол, этанол и бутанол-1
Растворители. Самым распространённым спиртом среди растворителей является этанол
Поверхностно-активные и моющие вещества. Важнейшим сырьём в производстве современных ПАВ для синтетических моющих средств являются высшие жирные спирты
Полимерные материалы и их компоненты. На основе спиртов синтезируют полиэфиры и полиуретаны
Гидравлические жидкости и смазочные материалы. В производстве тормозных жидкостей широко используют этиленгликоль и эфиры на его основе

Пестициды и регуляторы роста растений. Галогензамещённые спирты обладают гербицидной и фунгицидной активностью. Свойствами регулятора роста растений обладают этанол, этиленгликоль
Пищевая промышленность. Основой всех алкогольных напитков является этанол, который получается при сбраживании пищевого сырья — винограда, картофеля, пшеницы и прочих крахмало- или сахаросодержащих продуктов.
Парфюмерия, косметика и бытовая химия. Спирты довольно широко используются в качестве душистых веществ для составления композиций в парфюмерно-косметической промышленности и производстве отдушек для бытовой химии и прочей потребительской продукции
Применение спиртов в медицине. Основным спиртом, применяющимся в медицинских целях, является этанол. Его используют в качестве наружного антисептического и раздражающего средства для приготовления компрессов и обтираний. Ещё более широко применяется этиловый спирт для приготовления различных настоек, разведений, экстрактов и прочих лекарственных форм